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Verfahren und Vorrichtung zur azeotropischen Entwässerung organischer Flüssigkeiten.
Die azeotropisch fortlaufende Entwässerung beruht im wesentlichen auf dem Prinzip der
Destillation des zu entwässernden Produktes in Gegenwart eines"Entziehungsmittels". Man erhält hiebei ein Dampfgemisch konstanter Zusammensetzung, von dem ein Teil nach Kondensation und
Abkühlung zur Rückgewinnung des Entziehungsmittels dekantiert wird. Das Entziehungsmittel bildet den grösseren Teil der einen in dem Seheidegefäss sich bildenden Schicht und wird der Entwässerungs- kolonne zugeführt, während die andere wasserreiche Schicht in Hilfsvorrichtungen zur Abtrennung der darin gelösten Stoffe weiterbehandelt wird. Die dabei wiedergewonnenen Stoffe werden in die
Entwässerungskolonne an geeigneten Stellen zurückgeleitet, das Wasser dagegen entfernt.
Die üblichen Entziehungsflüssigkeiten bilden mit Wasser und dem zu entwässernden Stoff selbst ein azeotropisches Gemisch, dessen Siedepunkt unter dem der verschiedenen binären Gemische liegt, welche die drei Stoffe untereinander bilden. Infolgedessen sammelt sieh dieses azeotropisch Ge- misch im Kopfe der Entwässerungskolonne an : die durch Dekantierung gebildete wässerige Schicht enthält hiebei stets neben dem Entziehungsmittel eine von Fall zu Fall wechselnde Menge der zu ent- wässernden Flüssigkeit.
Die Erfindung geht von der Überlegung aus, dass im Scheidegefäss eine möglichst wasserreiche, an dem zu entwässernden Stoff und dem Entziehungsmittel möglichst arme Schicht abgetrennt werden sollte. Man erhält dann je Einheit entwässerte Flüssigkeit eine geringere Menge an wässeriger Schicht, die in Hilfskolonnen weiterverarbeitet werden muss. Dadurch wird die Abmessung dieser Kolonnen und der zu ihrem Betriebe notwendige Wärmeaufwand vermindert. Ausserdem geht dann eine geringere
Menge der wiedergewonnenen Stoffe in die Entwässerungskolonne zurück ; mit anderen Worten : die
Wirksamkeit der Gesamtanlage wird erhöht.
Bei der Entwässerung von Alkohol wurde bereits vorgeschlagen, die Dekantierung des azeotropischen Gemisches bei einer Temperatur, die bei oder in der Nähe der Temperatur des oberen
Kolonnenteiles der Entwässerungskolonne liegt, vorzunehmen. Das Seheidegefäss, welches das gesamte
Kondensat aufnimmt, liegt dabei im oberen Teil der Kolonne. Die durch Dekantierung in der Wärme erhaltene wässerige Schicht wird in einstellbarer Menge abgezogen ; der Rest fliesst in die Kolonne zurück. Die Wärmedekantierung kann auch in einem Scheidegefäss vorgenommen werden, welches ausserhalb der Kolonne angeordnet ist und zur Aufrechterhaltung der gewünschten Temperatur in geeigneter Weise wärmegeschützt wird (amerikanische Patentschrift Nr. 1670053).
Obgleich dieses Verfahren die Dekantierungsbedingungen in bestimmtem Masse verbesserte, war es doch zu einer befriedigenden Lösung der Probleme nicht geeignet.
Die durch Wärmedekantierung erhaltene wässerige Schicht enthielt zwar mehr Wasser und weniger Entziehungsmittel als bei der üblichen Dekantierung in der Kälte, sie enthielt jedoch immer noch einen verhältnismässig hohen Anteil an Entziehungsmittel, so dass vor der Rückgewinnung des Alkohols das Entziehungsmittel entfernt werden musste.
Bei der unmittelbaren Entwässerung von Rohspiritus waren ferner die leicht siedenden Verunreinigungen in der wässerigen Schicht in äusserst verdünnter Form gelöst und zu ihrer Abseheidung benötigt man weitere Kolonnen, deren Betrieb einen bedeutenden Wärmeverbraueh erforderte.
Die Erfindung sucht nun alle diese Nachteile zu beheben und den grösstmöglichen Nutzen aus der Wärmedekantierung zu ziehen. Sie ist anwendbar auf alle zu entwässernden Flüssigkeiten, die mit den Entziehungsmitteln ein azeotropisches Destillat bilden.
Die wässerige Schicht, die nach der Wärmedekantierung des azeotropischen Gemisches erhalten und aus der Entwässerungskolonne abgezogen wird, wird dabei ausserhalb der letzteren abgekühlt und dann einer nochmaligen Dekantierung unterworfen, bei welcher nahezu die Gesamtmenge des Entziehungsmittels abgeschieden wird. Die erste, möglichst nahe dem Siedepunkt des azeotropischen Gemisches ausgeführte Dekantierung erfolgt dabei nicht im Kopf der Entwässerungskolonne, sondern in einem Seheidegefäss, welches einen oder mehrere Böden unter dem Kolonnenkopf liegt.
Diese Anordnung zeigt gegenüber der bekannten Wärmedekantierung im Kopfe der Kolonne oder ausserhalb derselben ganz bedeutende Vorteile, besonders wenn man Flüssigkeiten mit leicht siedenden Verunreinigungen entwässert, die abgeschieden werden müssen ; denn erfindungsgemäss erfolgt die Konzentrierung der Verunreinigungen ohne weiteren Dampfaufwand auf den oberhalb des Scheidegefässes vorgesehenen Böden, mit Hilfe der in der Kolonne selbst verfügbaren Wärmemenge. Die Hilfskolonnen zur Abscheidung der Verunreinigungen fallen somit weg.
Eine Anlage, die nach der Erfindung arbeitet und die namentlich für die Entwässerung von Äthylalkohol geeignet ist, ist schematisch in Fig. 1 der Zeichnung dargestellt. Fig. 2 zeigt in grösserem Massstabe einen Querschnitt vom oberen Teil der Entwässerungskolonne gemäss der Erfindung, für
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den Fall, dass bei der Dekantierung die wässerige Schicht im Scheidegefäss unten liegt. Fig. 3 zeigt einen Querschnitt des Seheidegefässes im oberen Teil der Entwässerungskolonne für den Fall, dass die wässerige Schicht im Scheidegefäss oben liegt. Fig. 4 zeigt im Querschnitt eine besondere Anwendung der Erfindung zum gleichzeitigen Abzug der unteren und der oberen Schicht.
Fig. 5 veranschaulicht schematisch eine Gesamtanlage für die Wärmedekantierung gemäss der Erfindung, geeignet für die unmittelbare Entwässerung vergorener Maischen, beispielsweise nach dem Verfahren der deutschen
Patentschrift Nr. 612062.
In Fig. 1 ist als Ausführungsbeispiel die Entwässerung von Äthylalkohol dargestellt. Die An- lage besteht aus der üblichen Bodendestillationskolonne 1, die z. B. mit Benzol als Entziehungsmittel beschickt ist. Der zu entwässernde Spiritus wird aus einem Behälter 2 durch ein Rohr 2'der Kolonne 1 zugeführt. Der Kopf der Kolonne enthält, wie dies Fig. 1 und der Teildurchschnitt der Fig. 2 zeigen, unterhalb einer gewissen Anzahl normaler Gloekenböden b einen Boden d, der den Boden einer Kammer für die Wärmedekantierung bildet, die zwischen den oberen Böden und den darunterliegenden Destil- lationsböden der Kolonne angeordnet ist und die weiter unten beschrieben wird.
Der Kopf der Kolonne 1 ist durch das Geistrohr l'mit einem Kondensator ; üblicher Bauart verbunden, von dem das gesamte azeotropisch konstant zusammengesetzte Kondensat durch Rohr y auf den obersten Boden zurückfliesst. Bei dem Beispiel enthält dieses Kondensat leicht siedende Ver- unreinigungen, die aus dem zugeführten Rohspiritus stammen.
Wie weiter oben dargelegt, sind erfindungsgemäss zwischen der Kammer zur Wärmedekantierung und dem Deckel der Kolonne einige Böden üblicher Bauart zur Konzentrierung der Vorlaufyerunreini- gungen angeordnet. Im allgemeinen genügen vier oder fünf Böden für diese Konzentrierung, die auf diese Weise mit Hilfe der im unteren Teil der Entwässerungskolonne zugeführten Wärme stattfindet.
Man braucht also nicht wie bei bekannten Verfahren den Vorlauf aus einem Teil der wässerigen Schicht zu entfernen, in der diese Verunreinigungen in äusserst verdünnter Form gelöst sind ; sondern es wird aus dem Kondensator der Entwässerungskolonne durch das Rohr 10 über einen Hahn 10'eine sehr kleine aus unreinem Alkohol bestehende Menge des Kondensators abgezogen, welche die Verunreini- gungen in 100-bis 200mal grösserer Konzentration enthält als die durch Wärmebehandlung gebildete wässerige Schicht. Man scheidet so in sehr wirtschaftlicher Weise unmittelbar und kostenlos die
Verunreinigungen in konzentrierter Form ab.
Unter einem oder mehreren Destillationsböden b (Fig. 1 und 2) befindet sich eine Kammer, die einen keine Glocken aber Durchgänge d'aufweisenden Boden d hat, welche den freien Durchgang der Dämpfe von c nach b gestatten. Der Boden d besitzt ausserdem einen oder mehrere genügend hohe Überlaufrohre e, so dass sich eine ausreichende Flüssigkeitsmenge auf der Grundplatte d ansammeln kann. Die vom Boden b durch das Überlaufrohr/kommende Flüssigkeit hat so Zeit zur Dekantierung in dem Zwischenseheidegefäss, welches von der Platte d und der Kolonnenwandung a gebildet wird, bevor es durch das Überlaufrohr e nach dem darunterliegenden Boden e abfliesst.
Wenn spezifisch leichte Entziehungsmittel benutzt werden, enthält das Scheidegefäss bei normalem Betrieb hauptsächlich die schwerste Schicht, d. h. die wässerige Schicht. Auf dieser Schicht schwimmt eine sehr dünne Haut der oberen an Entziehungsmittel reichen Schicht, die, wie Fig. 2 zeigt, durch e ununterbrochen abfliesst.
Man kann eine bestimmte Menge der wässerigen Schicht durch das Abzugsrohr g über einen Hahn h abziehen. Durch h wird von der wässerigen Schicht so viel abgezogen, wie der durch den eingespeisten Spiritus zugeführten Wassermenge entspricht. Der Überschuss der wässerigen Schicht und die Gesamtmenge der oberen Entziehungsmittelschicht fliesst auf den darunterliegenden Boden c und ergibt einen quantitativ und qualitativ hinreichenden Rückfluss.
Die aus der Wärmedekantierungskammer, gebildet durch das Zwischenscheidegefäss, abgezogene wässerige Schicht wird in dem Kühler 4 (Fig. 1) abgekühlt ; sie trübt sich hiebei, weil das in der warmen Lösung verbliebene Entziehungsmittel sich in der Kälte abscheidet. Der Kühler ist an ein Scheidegefäss 5 angeschlossen ; die in letzterem gebildete obere Schicht enthält praktisch das gesamte in der wässerigen Schicht vorher gelöste Entziehungsmittel und wird ständig durch Rohr 6 auf die Entwässerungskolonne zurüekgeleitet. Die verbleibende wässerige Schicht besteht jetzt fast ausschliess- lich aus Wasser und Alkohol, den man durch Destillation zurückgewinnen kann.
Hiezu konzentriert man die wässerige Lösung in einer Hilfskolonne 7 und leitet das Destillat durch Rohr 9 in die Entwässerungskolonne zurück, während das Wasser durch Rohr 8 abfliesst.
Der absolute Alkohol wird durch Rohr 11 am Fusse der Kolonne 1 gewonnen.
Den Betriebserfordernissen und dem angewandten Entziehungsmittel entsprechend kann die Dekantierungskammer geeignete Abänderungen erfahren. Wenn man als Entziehungsmittel z. B. eine Flüssigkeit, die schwerer als Wasser ist, verwendet, liegt die wasserreiche Schicht im Scheidegefäss oben. Eine Abänderung der Dekantierungskammer zeigt hiefür Fig. 3.
Die Abzugsleitung g für die wässerige Schicht mündet in diesem Falle in den oberen Teil der das Zwischenscheidegefäss bildenden Dekantierungskammer d. Die siedende von den oberen Böden b und b' durch das Überlaufrohr f kommende Flüssigkeit hat nur einen Abfluss durch ein Rohr t, das zu diesem Zweck unten bei j durchloeht ist und ein Überlaufrohr e umgibt. Normalerweise ist die Kammer d
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die Entgeistungskolonne durch ein Rohr 12 und treten in den unteren Teil der Hauptentwässerungs- kolonne B ein, nachdem sie unterwegs einen Teil ihres Wärmeinhaltes im Unterteil der Schlusskolonne C abgegeben haben. Das dabei anfallende Kondensat wird gleichfalls in die Kolonne B durch ein Rohr 12' geleitet.
Am Fusse der Kolonne B fliesst das Lutterwasser durch Rohr 21 ab. Die alkoholischen Dämpfe steigen in der Kolonne B auf, werden fortschreitend alkoholreicher und kommen mit dem Entziehungs- mittel in Berührung, welches im oberen Teil der Kolonne B zur Einwirkung gelangt.
Die Entziehungsmittelzone enthält in ihrem mittleren Teil ein Zwischenscheidegefäss d, das von der in Fig. 2 dargestellten Bauart sein kann. Das in dieser Zone entstehende ternäre Gemisch bildet in diesem Scheidegefäss zwei Schichten, die wässerige Schicht wird in der gewünschten Menge durch ein.
Rohr g abgezogen und dann nach Abkühlung in 4 einer neuen Dekantierung in 5 unterworfen. Die obere entziehungsmittelreiche Schicht des Scheidegefässes 5 kehrt in die Entziehungsmittelzone der
Kolonne B durch die Rohre 9 und 18 zurück, während die wässerige Schicht durch ein Rohr 16 in den unteren Teil der Kolonne B auf einen Boden zurückgeleitet wird, wo die siedende Flüssigkeit annähernd den gleichen Alkoholgehalt besitzt.
Die leicht siedenden Verunreinigungen des eingespeisten Alkohols konzentrieren sich auf den zwischen der Wärmedekantierungskammer d und dem Kopf der Kolonne liegenden Böden. Sie werden in der gewünschten Menge durch das mit einem Hahn 20'versehene Rohr 20 zur weiteren Behandlung abgezogen, während der Rest des in 3 gebildeten Kondensates durch das Rohr 3'zu dem Kopf der
Kolonne B zurückfliesst.
An dem unteren Teil der Entziehungsmittelzone zieht man durch ein mit einem Hahn. 30'aus- gestattetes Rohr 30 ein Gemisch, bestehend aus hoehgrädigem (97-99%) Alkohol mit etwa 20-30%
Entziehungsmittel, ab. Dieses Gemisch fliesst in den mittleren Teil der Schlusskolonne C, wo es in absoluten Alkohol einerseits, der am Fusse bei 11 abgezogen wird, und in das ternäre Gemisch anderseits zerlegt wird, welches sich im oberen Teil ansammelt.
Die bei 31'am Kopfe der Kolonne C entweiehenden Dämpfe werden einer vollständigen Kondensation im Kondensator 31 unterworfen und fliessen insgesamt durch das Rohr 14 1 zurück. Im oberen
Teil der Kolonne C befindet sich eine Dekantierungskammer d', entsprechend der in Fig. 4 beispielsweise dargestellten Bauart, d. h. mit zwei Abteilen I und 11, so dass die obere und die untere Schicht gleichzeitig abgezogen werden kann. Aus dem Abteil 7 zieht man die untere Schicht ab, um die Entwässerung in der Kolonne C durchzuführen, aus dem Abteil II die obere Schicht, um die Belastung der Kolonne B mit dem Entziehungsmittel konstant zu halten.
Die untere in der gewünschten Menge durch das Rohr 15 abgezogene Schicht wird in 4 und 5 der gleichen Behandlung wie die wässerige Schicht der Wärmedekantierungskammer d der Hauptkolonne B unterworfen.
Die obere Schicht wird bei 17 abgezogen und kehrt durch 18 in die Entziehungsmittelzone der
Kolonne B zurück.
Die beschriebene und dargestellte Erfindung ist auch auf die azeotropisch Entwässerung anderer organiseher Flüssigkeiten, beispielsweise von Chlorhydrinen, Aminen, höheren Alkoholen, Ketonen usw., sowie von Mischungen derselben anwendbar.
PATENT-ANSPRÜCHE :
1. Verfahren zur azeotropischen Entwässerung organischer Flüssigkeiten, wobei das azeotropisch Kondensat in der Wärme dekantiert wird, dadurch gekennzeichnet, dass die bei der Dekantation in der Wärme erhaltene wässerige Schicht gekühlt und hernach wiederum dekantiert wird.